【正文】 ，而且還具有 AID, DIA轉(zhuǎn)換，數(shù)值計(jì)算和數(shù)據(jù)處理等功能。污水坑水位控制系統(tǒng)的操作方式分為手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。多數(shù)的 PLC 采用通用的高性能處理器 (有的 PLC 采用 Pentium 處理器，有的采用 Alpha 處理器芯片等 )，采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，在保證快速完成順序邏輯運(yùn)算的前提下，普遍增加了回路調(diào)節(jié)功能，代數(shù)計(jì)算功能等。幾年前，微型 PLC 才大量上市，許多廠家又推出了超微型PLC(具有 16 或更少的 I/O 點(diǎn) )。另外，工業(yè)微機(jī)在整機(jī)結(jié)構(gòu)上尚不能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，不如 PLC 那樣容易推廣 [6]。 設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 本次設(shè)計(jì)課題是污水坑水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)分為自動(dòng)方式、手動(dòng)方式和組態(tài)畫面，該設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是自動(dòng)控制方式，即：用 4 個(gè)水位開關(guān)檢測污水坑的水位， PLC 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 5 頁 根據(jù)水位情況控制潛水泵的起停。 集中采樣、集中輸出的工作方式 PLC 對(duì)用戶程序的執(zhí)行 主要按三個(gè)階段進(jìn)行 : (1) 輸入采樣階段，在這個(gè)過程中， PLC 按掃描方式掃描 PLC 裝置上所有端子上的輸入信號(hào)，并將這些輸入信號(hào)存入映象區(qū)中的輸入映象寄存器。我們定義從掃描過程中的一點(diǎn)開始，順序掃描后又回到該點(diǎn)的過程為一個(gè)周期。該過程主要是數(shù)字處理器同 CPU 進(jìn)行信息交換。第三部分隨控制對(duì)象工藝復(fù)雜性決定的用戶控制而變化。 編號(hào)分配 對(duì)于外接電路的各元件分配編號(hào)，編號(hào)的分配必須是主機(jī)或者擴(kuò)展模塊本身實(shí)際提供的，而且可以用來編程，兩個(gè)設(shè)備不能共用一個(gè)輸入、輸出點(diǎn)。 4 個(gè)浮球水位開關(guān)設(shè)置為 4 個(gè)水位檢測點(diǎn)，即低位、中位、高位和超高位，其中低位為正常水位點(diǎn)，也就是潛水泵的停止工作點(diǎn)；中位為第一臺(tái)潛水泵的啟動(dòng)點(diǎn)，也是第二臺(tái)潛水泵的頻率改變點(diǎn)；高位是第二臺(tái)潛水泵的啟動(dòng)點(diǎn)，也是第三臺(tái)潛水泵的頻率改變點(diǎn)；超高位是上限報(bào)警點(diǎn)，也是第三臺(tái)潛水泵的啟動(dòng)點(diǎn)。在整個(gè)自動(dòng)控制方式工作過程中水位的變化是不預(yù)知的，以下為 4 臺(tái)潛水泵均能正常工作時(shí)的幾個(gè)水位變化的典型情況： 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁 表 可編程控制器輸入 輸出端口（ I/0）地址分配表 端口地址 注釋 端口地址 注釋 端口地址 注釋 1＃泵手動(dòng)啟動(dòng) /停止 4＃泵滲漏 1＃泵滲漏顯示 1＃泵滲漏 4＃泵過溫 1＃泵過溫 1＃泵過溫 4＃泵泄漏 1＃泵泄漏 1＃泵泄漏 4＃泵變頻器故障 1＃變頻器故障 1＃變頻器故障 積水坑低位 2＃泵滲漏 2＃泵手動(dòng)啟動(dòng) /停止 積水坑中位 2＃泵過溫 2＃泵滲漏 積水坑高位 2＃泵泄漏 2＃泵過溫 積水坑超高位 2＃變頻器故障 2＃泵泄漏 AO01 1泵 50Hz工作 3＃泵滲漏 2＃變頻器故障 AO02 2泵 50Hz工作 3＃泵過溫 3＃手動(dòng)啟動(dòng) /停止 AO03 3泵 50Hz工作 3＃泵泄漏 3＃泵滲漏 AO04 4泵 50Hz工作 3＃變頻器故障 3＃泵過溫 AO05 1泵 25Hz工作 4＃泵滲漏 3＃泵泄漏 AO06 2泵 25Hz工作 4＃泵過溫 3＃變頻器故障 AO07 3泵 25Hz工作 4＃泵泄漏 4＃泵手動(dòng)啟動(dòng) /停止 AO08 4泵 25Hz工作 4＃泵變頻器故障 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁 水位由中位以下升到超高位再降到低位以下并且水位在上升和下降過程中無其他變化，具體過程如下： t1時(shí)刻水位由中位以下上升到中位，第一臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t1到 t2時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵以 50Hz 的頻率運(yùn)行；到 t2時(shí)刻水位從中位 上升到高位，第一臺(tái)潛水泵仍以 50Hz的頻率運(yùn)行，同時(shí)第二臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t2到 t3時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵和第二臺(tái)潛水泵同時(shí)以 50Hz 的頻率運(yùn)行；到 t3時(shí)刻水位從高位上升到超高位，系統(tǒng)報(bào)警，第一臺(tái)潛水泵和第二臺(tái)潛水泵仍以 50Hz 的頻率運(yùn)行，同時(shí)第三臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t3到 t4時(shí)間段內(nèi)三臺(tái)潛水泵均以 50Hz 的頻率運(yùn)行 。最后通過編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 24 頁 致 謝 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師徐少川老 師， 徐老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)和敬業(yè)精神一直教導(dǎo)著我，應(yīng)該如何奮發(fā)圖強(qiáng)。 在上述工作過程中 4 臺(tái)潛水泵每一輪次工作均為 3 用 1 備，即第一輪次為 3潛水泵投入工作， 4備用，第二輪次為 4投入工作， 1備用，依次循環(huán)（見圖 ）。 4 臺(tái)潛水泵每一輪次工作 (每次水位到達(dá)中位以上 )均為 3 用 1 備，即第一輪次為 3潛水泵投入工作， 4備用，第二輪次為 4投入工作， 1備用，依次循環(huán)；如果某臺(tái)水泵有故障，則這臺(tái)水泵在故障沒有排除前均為備用： (1) 當(dāng)檢測到水位到達(dá)中位時(shí)，將第一臺(tái)潛水泵以 50Hz 頻率投入運(yùn)行，水位上升到高位，第二臺(tái)潛水泵以 50Hz 頻率投入運(yùn)行，水位上升到超高位，第三臺(tái)潛水泵以 50Hz頻率投入運(yùn)行。 線圈的連接 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 11 頁 使用一個(gè)條件驅(qū)動(dòng)多個(gè)線圈時(shí)，不能串聯(lián)，只能并聯(lián)。所以系統(tǒng)掃描周期的長短，除了因是否運(yùn)行用戶程序而有較大的差別外 ，在運(yùn)行用戶程序時(shí)也不是完全固定不變的。 用戶程序掃描過程，機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。典型的 PLC 在一個(gè)周期中完成六個(gè)掃描過程。在程序執(zhí)行階段或輸出階段，無論輸入信號(hào)如何變化，輸入映象寄存器內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的采樣階段，才重新寫入輸入端的內(nèi)容。 本文主要介紹潛水泵循環(huán)工作方式、軟件和硬件的實(shí)現(xiàn)，主要內(nèi)容有：第二章介紹PLC 概述，其中包括 PLC 的工作方式和梯形圖的設(shè)計(jì)方法；第三章介紹 污水坑水位控制設(shè)計(jì) ，其中包括原系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)方案；第四章介紹控制系統(tǒng)硬件選擇和編程實(shí)現(xiàn)，其中包括 PLC 的選型及其特點(diǎn)和控制系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)。 PLC 采用梯形圖語言編程，使熟悉電器控制的技術(shù)人員易學(xué)易懂，易于推廣。微型的 PLC 一般采用分散結(jié)構(gòu)：控制器體積很小，完成綜合邏輯處理和運(yùn)算功能 ，而 I/O 采集和處理則在現(xiàn)場模塊中實(shí)現(xiàn)。 網(wǎng)絡(luò)功能增強(qiáng) 過去的 PLC 一般限于設(shè) 備級(jí)的邏輯控制，提供簡單的慢速的通信功能 (只支持RS23 485，多采用 Modbus 協(xié)議，通信速率一般在幾 K 到幾十 K 之間 )，目的是將系統(tǒng)的控制狀態(tài)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)傳給一些監(jiān)視設(shè)備 (如顯示終端或 PC 機(jī) )供操作員監(jiān)視或?qū)⒉僮鲉T的修改指令傳遞到 PLC。該設(shè)計(jì)中采用 4 臺(tái)潛水泵循環(huán)工作方式取代了通常的 3 用 1 備工作方式，更加合理的分配了潛水泵的起停，提高了每臺(tái)潛水泵的利用率，避免了電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)也更加完善。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模 擬式輸入輸出控制各種類型的機(jī)械的生產(chǎn)過程。 PLC+網(wǎng)絡(luò) +PC 十 SCADA 軟件己形成了一種非常流行的應(yīng)用方式 [3]。 PLC 與其它工業(yè)控制系統(tǒng)的比較 與集散控制系統(tǒng)的比較 PLC 由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來，在數(shù)字處理、順序控制方面有一定優(yōu)勢，初期功能以數(shù)字量的順序控制為主。 綜上所述， PLC 與工業(yè)微機(jī)控制的差異為： PLC 可靠性較工業(yè)微機(jī)高。為了消除兩者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的這種差異，考慮到繼電器控制裝置中各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式，一一掃描技術(shù) [8]。 PLC 采用集中采樣與集中輸出的工作方式，在采樣周期中，將所有輸入信號(hào)一起讀入，此后在整個(gè)程序處理過程中 PLC 系統(tǒng)與外界隔開，直至輸出控制信號(hào)，并在下一個(gè)工作周期再與外部交換信息狀態(tài)，從而 從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和工作的可靠性。 WDT 是一個(gè)硬件計(jì)時(shí)器，該計(jì)時(shí)器有一個(gè)設(shè)定值，掃描周期開始前計(jì)時(shí)器復(fù)位，然后開始計(jì)時(shí)。 輸入輸出服務(wù)掃描過程，機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃 描周期內(nèi)都包含這個(gè)掃描過程。 CPU 的運(yùn)算速度由系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件決定，通常用執(zhí)行 1K 字程序所需的時(shí)間長短來衡量。 手動(dòng)方式：在控制柜操作面板上利用起、停按鈕對(duì)潛水泵進(jìn)行操作。 (2) 由于采用了更加合理的工作分配方式，使各臺(tái)潛水泵的利用律得到了提高，降低了潛水泵的起停次數(shù)。 水位由中位以下升到中位再降到低位以下并且水位在上升和下降過程中無其他變化，具體過程如下： t1時(shí)刻水位由中位以下上升到中位，第一臺(tái)潛水泵啟動(dòng)，在 t1到 t2時(shí)間段內(nèi)第一臺(tái)潛水泵以 50Hz 的頻率運(yùn)行；到 t2 時(shí)刻水位下降到中位以下，第一臺(tái)潛水泵仍以 50Hz的頻率運(yùn)行，并在 t2到 t3時(shí)間段內(nèi)繼續(xù)以 50Hz 的頻 率運(yùn)行；到 t3時(shí)刻水位下降到低位以下，為正常水位，此臺(tái)潛水泵停止運(yùn)行（見圖 ）。在大學(xué)生活和本次設(shè)計(jì)過程中，我的好朋友劉彬彬同學(xué)也給了我很大的幫助，在此表示衷心的感謝！ 回顧這四年的學(xué)習(xí)和生活，收獲很多，我不僅豐富了知識(shí)，更學(xué)會(huì)了該如何建立起良好的人際關(guān)系。憑借集成統(tǒng)一的通訊， PLC 在實(shí)現(xiàn)車間級(jí)、工廠級(jí)、企業(yè)級(jí)乃至全球企業(yè)鏈的生產(chǎn)控制與協(xié)同管理中起到中間作用。用戶程序有三 級(jí)口令保護(hù)，可以對(duì)程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù)。主接觸器為直接上電方式，即系統(tǒng)在無故障情況下，上電主接觸器吸合，發(fā)生故 障時(shí)，主接觸器跳閘。該設(shè)計(jì)主要采用梯形圖 (LAD)語言。 從以上對(duì)掃描周期的分析可知，掃描周期基本上由三部分組成即保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的公共操作，系統(tǒng)與外部設(shè)備的交換和用戶程序的執(zhí)行。在這一掃描過程中， CPU 把總線權(quán)交給編程器，自己變成被動(dòng)狀態(tài)。系統(tǒng)的周期性掃描與外設(shè)希望的及時(shí)響應(yīng)矛盾的解決方法是將有關(guān)要輸入或輸出的信息分離出來，即這一部分信息的輸入或輸出與系統(tǒng) CPU 的周期掃描 脫離，利用專門的硬件模板 (如利用定區(qū) I/O 服務(wù)指令使定區(qū)內(nèi)的信息及時(shí)輸入或輸出，即取得立即執(zhí)行 )。同樣對(duì)輸出給控制對(duì)象的控制信息，也不采用形成一個(gè)就輸出一個(gè)的控制方法，而是先把它們存放在隨機(jī)存儲(chǔ)器的某個(gè)特定區(qū)域 (輸出映象區(qū) )，在用戶程序掃描結(jié)束后，將所存被控對(duì)象的控制信息集中輸出， 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7 頁 改變被控對(duì)象的狀態(tài)。 變頻調(diào)速技術(shù)的特點(diǎn) 變頻調(diào)速具有調(diào)速的機(jī)械特性好，效率高，調(diào)速范圍寬，精度高，調(diào)整特性曲線平滑，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、平穩(wěn)的調(diào)速，體積小、維護(hù)簡單方便、自動(dòng)化水平高等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)而倍受人們的青睞。從自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看，全分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必然會(huì)得到迅速發(fā)展，將綜合 PLC 與集散系統(tǒng)各自的優(yōu)勢，并把兩者有機(jī)結(jié)合起來，形成一種新型的全分布式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) [5]。 IEC11313 標(biāo)準(zhǔn)是為 PLC 編程標(biāo)準(zhǔn)化所制定的一套歐洲標(biāo)準(zhǔn)。 PLC 的特點(diǎn)與應(yīng)用 早期的 PLC 的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 (一般功能都集中在一個(gè)機(jī)籠或盒子中實(shí)現(xiàn) )、功能簡單 (一般只實(shí)現(xiàn)一臺(tái)加工設(shè)備的順序邏輯控制功能 )、速度快、采用專用處理器技術(shù)、可靠性高、價(jià)格低。它具有功能強(qiáng)大、使用可靠、維修簡便等許多優(yōu)點(diǎn)。用戶只需根據(jù)控制的規(guī)模和要求，合理選擇 PLC 型號(hào)和硬件配置，就可以組成所需的控制系統(tǒng)。隨著 DCS 開放性的發(fā)展， PLC 也在逐步走向開放。 不論是 PLC 還是集散系統(tǒng)，在發(fā)展過程中，二者始終是相互滲透，互為補(bǔ)充的。 PLC 便于維修，而工業(yè)微機(jī)維修要求的技術(shù)水平較高。 (2) 定時(shí)采集在每一個(gè)巡回掃描周期內(nèi)定時(shí) (一般在掃描周期的開始或結(jié)束 )將現(xiàn)場全部有關(guān)信息都采集到 PLC 中來，存放在系統(tǒng)準(zhǔn)備好的特定區(qū)域 (隨機(jī)存儲(chǔ)器的某一地址區(qū) )，這一區(qū)域稱為輸入映象區(qū)。 (5) 輸出端子接通 /斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。在有些 PLC 中用戶可以對(duì) WDT 時(shí)間進(jìn)行修改，修改方法在說明書上查閱。在輸出服務(wù)掃描過程中， CPU 把輸出狀態(tài)暫存區(qū)的值傳送到實(shí)際輸出點(diǎn)。語句表 (STL)語言 類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，特別適合于來自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語言。 (2) 操作：控制柜面板上安裝有進(jìn)線電源電壓表、電流表；電 動(dòng)機(jī)工作電流表、頻率表；潛水泵工作指示燈、變頻器故障指示燈、潛水泵溫度過高指示燈、潛水泵滲漏指示燈、泄漏指示燈，安裝有自動(dòng) /手動(dòng)選擇開關(guān)、各個(gè)泵的起停按鈕、各個(gè)泵的手動(dòng)給定電位計(jì)。 S7200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性價(jià)比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng)。 在上述工作過程中 4 臺(tái)潛水泵每一輪次工作均為 3 用 1 備，即第一輪次為 3潛水泵投入工作， 4備用，第二輪次為 4投入工作， 1備用，依次循環(huán)（見圖 ）。 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )